向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置及方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置和方法，該裝置包括帶有加鋅管的ADS反應(yīng)堆，在所述ADS反應(yīng)堆內(nèi)設(shè)置有穿過所述加鋅孔的加鋅管1，所述加鋅管1延伸到反應(yīng)堆堆芯附近，在所述加鋅孔上設(shè)置有可閉合的封蓋，在所述封蓋外部設(shè)置有盛裝部和噴射部，以便于通過加鋅孔向堆芯中加入鋅粉或弱酸鋅鹽或含有鋅元素的添加劑，從而使得堆芯內(nèi)的冷卻劑中含有鋅元素，通過控制鋅元素的加入量，在堆芯內(nèi)部形成一層致密的氧化物薄膜，從而提高了反應(yīng)堆的使用壽命和安全性。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置及方法
本專利技術(shù)涉及核反應(yīng)堆安全領(lǐng)域，通過向ADS反應(yīng)堆中加鋅以提高反應(yīng)堆的性能，具體涉及一種向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置及方法。
技術(shù)介紹
從上個世紀80年代后期開始，ADS作為一種先進的嬗變堆型，逐漸成為國際研究的熱點，美國、歐盟、日本等國家均將ADS次臨界堆的研究列入國家中長期發(fā)展計劃。它的組成包括：外源中子靶、中能強流質(zhì)子加速器和次臨界反應(yīng)堆，是一種高效的核廢物嬗變爐和焚燒爐，LBE(鉛鉍共晶合金)是目前ADS(加速器驅(qū)動的次臨界系統(tǒng))設(shè)計中首選的冷卻劑材料和散裂靶。所述LBE指的是鉛與鉍的質(zhì)量百分數(shù)分別為44％～45％和55％～56％的鉛鉍共晶合金。在壓水堆核電站中，一回路應(yīng)力腐蝕破裂(PWSSCC)對壓水堆結(jié)構(gòu)材料的局部腐蝕最為嚴重，直接與設(shè)備的服役壽命相關(guān)，應(yīng)力腐蝕嚴重時將迫使反應(yīng)堆停止運行，此外，腐蝕產(chǎn)物在設(shè)備上的沉積是停堆輻射劑量的主要來源。一定條件下，在一回路加鋅能夠緩解這些安全隱患。早期，加鋅技術(shù)首先應(yīng)用于沸水堆，其加入濃度為5μg/L-15μg/L，80年代后期，加鋅技術(shù)逐漸應(yīng)用于壓水堆中。加鋅技術(shù)能夠降低輻射劑量率、降低PWSCC、改善腐蝕產(chǎn)物沉積引起的軸向功率偏移異常(AOA)。與壓水堆和沸水堆相同，在采用LBE冷卻的ADS反應(yīng)堆運行中，LBE對結(jié)構(gòu)材料同樣能形成較強的腐蝕磨蝕作用。目前提出的解決方法有很多，但總體上可以歸結(jié)為在結(jié)構(gòu)材料的表面形成致密的一層膜。根據(jù)膜形成工藝和時機的不同又可分為浸泡、表面高溫、離子注入、運行前、運行中等。但是由于受到冷卻劑中氫含量和氧含量的限制，并沒通過在ADS反應(yīng)堆中加鋅形成致密氧化膜的方案出現(xiàn)。由于上述原因，本專利技術(shù)人對現(xiàn)有ADS反應(yīng)堆技術(shù)進行了深入研究，以便設(shè)計開發(fā)出向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置及方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服上述問題，本專利技術(shù)人進行了銳意研究，設(shè)計出一種向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，該裝置包括在頂部開設(shè)有加鋅孔的ADS反應(yīng)堆，其中，在所述ADS反應(yīng)堆內(nèi)設(shè)置有穿過所述加鋅孔的加鋅管，所述加鋅管為直徑3mm-5mm的圓形管，在所述加鋅管上設(shè)置有可閉合的封蓋，在所述封蓋外部設(shè)置有盛裝部和噴射部，以便于通過加鋅管向堆芯中加入鋅粉或弱酸鋅鹽或含有鋅元素的添加劑，從而使得堆芯內(nèi)的冷卻劑中含有鋅元素，通過控制鋅元素的加入量，在堆芯內(nèi)部形成一層致密的氧化物薄膜，而且，所述加鋅管內(nèi)部的開口端朝上，使得從其內(nèi)部噴出的鋅元素隨著鉛鉍合金向上流動，提高氧化物薄膜的形成效率；從而完成本專利技術(shù)。具體來說，本專利技術(shù)的目的在于提供以下方面：(1)一種向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，該裝置包括在頂部開設(shè)有加鋅孔的ADS反應(yīng)堆，在所述ADS反應(yīng)堆內(nèi)設(shè)置有穿過所述加鋅孔的加鋅管1，所述加鋅管1延伸到反應(yīng)堆堆芯附近，所述加鋅管1用于向ADS反應(yīng)堆中加入鋅粉或弱酸鋅鹽或含有鋅元素的添加劑。(2)根據(jù)上述(1)所述的向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，所述加鋅管截面呈圓形，加鋅管的內(nèi)徑為3mm-5mm。(3)根據(jù)上述(1)所述的向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，所述加鋅管在靠近反應(yīng)堆堆芯的一端具有預(yù)定的弧度，所述弧度使得加鋅管在ADS反應(yīng)堆內(nèi)部的末端開口方向朝向反應(yīng)堆的頂部。(4)根據(jù)上述(1)所述的向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，在所述加鋅管上設(shè)置有可閉合的封蓋，在所述封蓋外部設(shè)置有盛裝部和噴射部。(5)根據(jù)上述(4)所述的向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，當(dāng)ADS反應(yīng)堆的冷卻劑中不含水時，通過所述加鋅管向堆芯中加入含有鋅元素的添加劑；當(dāng)ADS反應(yīng)堆的冷卻劑中含水時，通過所述加鋅管向堆芯中加入鋅粉或弱酸鋅鹽或含有鋅元素的添加劑。(6)根據(jù)上述(5)所述的向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，所述鋅粉或弱酸鋅鹽的粒徑為0.5um～10um，所述弱酸鋅鹽中鋅元素的重量百分數(shù)為35％～42％。(7)根據(jù)上述(5)或(6)所述的向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，所述含有鋅元素的添加劑包括水和弱酸鋅鹽，所述弱酸鋅鹽包括甲酸鋅或乙酸鋅。(8)根據(jù)上述(7)所述的向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，基于所述含有鋅元素的添加劑的總重量，鋅元素的重量分數(shù)為0.005-0.007wt％。(9)根據(jù)上述(1)所述的向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，在所述堆芯內(nèi)設(shè)置有實時監(jiān)測其內(nèi)部冷卻劑中鋅元素濃度的監(jiān)測裝置，當(dāng)所述監(jiān)測裝置監(jiān)測到基于冷卻劑的總重量，鋅元素的重量分數(shù)低于為0.0015wt％時，向堆芯內(nèi)添加鋅粉或弱酸鋅鹽或含有鋅元素的添加劑，直至基于冷卻劑的總重量，鋅元素的重量分數(shù)達到0.0025wt％以上為止。(10)一種向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的方法，其特征在于，該方法是通過如上述(1)至上述(9)中所述的向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置實現(xiàn)的。根據(jù)本專利技術(shù)提供的向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置包含帶有加鋅管的ADS反應(yīng)堆，能夠向堆芯內(nèi)加入鋅元素，形成致密的氧化物薄膜，從而提高反應(yīng)堆的使用壽命和安全性。附圖說明圖1示出根據(jù)本專利技術(shù)一種優(yōu)選實施方式的帶有加鋅管的ADS反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標號說明：1-加鋅管2-堆芯3-蒸汽發(fā)生器具體實施方式下面通過附圖和實施例對本專利技術(shù)進一步詳細說明。通過這些說明，本專利技術(shù)的特點和優(yōu)點將變得更為清楚明確。在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優(yōu)于或好于其它實施例。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。本專利技術(shù)中所述的ADS是指加速器驅(qū)動的次臨界系統(tǒng)，優(yōu)選地是為加速器驅(qū)動次臨界潔凈核能系統(tǒng)。根據(jù)本專利技術(shù)提供一種向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，該裝置包括在頂部開設(shè)有加鋅孔的ADS反應(yīng)堆，其中，在所述ADS反應(yīng)堆內(nèi)設(shè)置有穿過所述加鋅孔的加鋅管1，所述加鋅管延伸到反應(yīng)堆堆芯附近，通過所述加鋅管向堆芯中加入鋅粉或弱酸鋅鹽或含有鋅元素的添加劑，即所述加鋅管主要用于向堆芯內(nèi)加入鋅元素，從而使得堆芯內(nèi)形成致密的氧化物薄膜，提高堆芯的使用壽命，降低損壞風(fēng)險，進一步地，所述氧化物薄膜具體形成在ADS反應(yīng)堆內(nèi)部的所有能夠與鉛鉍合金相接觸的金屬表面上，對所述金屬表面提供保護，包括反應(yīng)堆內(nèi)部的堆芯2和蒸汽發(fā)生器3的外表面，氧化物薄膜的成分主要包括AB2O4形式的尖晶石結(jié)構(gòu)，其中A代表二價陽離子，主要是指Fe2+、Ni2+、Co2+和Zn2+等；B代表三價陽離子，主要是指Fe3+和Cr3+。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述加鋅管截面可以是圓形、矩形、多邊形等，本專利技術(shù)中優(yōu)選地設(shè)置成圓形，所述圓形加鋅管的內(nèi)徑為3mm-5mm，能夠滿足加鋅量和加鋅速率即可。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述加鋅管的數(shù)量可以是一個或多個，本專利技術(shù)中優(yōu)選地設(shè)置一個加鋅管，一個加鋅管即可以提供足夠的鋅元素以形成氧化物薄膜。在一個優(yōu)選的實施方式中，所述加鋅管在靠近反應(yīng)堆堆芯的一端具有預(yù)定的弧度，所述弧度使得加鋅管在ADS反應(yīng)堆內(nèi)部的末端開口方向朝向反應(yīng)堆的頂部，從而通過加鋅管進入本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，該裝置包括在頂部開設(shè)有加鋅孔的ADS反應(yīng)堆，在所述ADS反應(yīng)堆內(nèi)設(shè)置有穿過所述加鋅孔的加鋅管(1)，所述加鋅管(1)延伸到反應(yīng)堆堆芯附近，所述加鋅管(1)用于向ADS反應(yīng)堆中加入鋅粉或弱酸鋅鹽或含有鋅元素的添加劑。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，該裝置包括在頂部開設(shè)有加鋅孔的ADS反應(yīng)堆，在所述ADS反應(yīng)堆內(nèi)設(shè)置有穿過所述加鋅孔的加鋅管(1)，所述加鋅管(1)延伸到反應(yīng)堆堆芯附近，所述加鋅管(1)用于向ADS反應(yīng)堆中加入鋅粉或弱酸鋅鹽或含有鋅元素的添加劑，所述含有鋅元素的添加劑包括水和弱酸鋅鹽，所述加鋅管(1)截面呈圓形，加鋅管(1)的內(nèi)徑為3mm-5mm，所述加鋅管(1)在靠近反應(yīng)堆堆芯的一端具有預(yù)定的弧度，所述弧度使得加鋅管(1)在ADS反應(yīng)堆內(nèi)部的末端開口方向朝向反應(yīng)堆的頂部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，在所述加鋅管(1)上設(shè)置有可閉合的封蓋，在所述封蓋外部設(shè)置有盛裝部和噴射部。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的向ADS反應(yīng)堆鉛鉍共晶合金中加鋅的裝置，其特征在于，當(dāng)ADS反應(yīng)堆的冷卻劑中不含水時，通過所述加鋅管(1)向堆芯中加入含有鋅元素的添加劑；當(dāng)ADS反應(yīng)堆的冷卻劑中含水時，通過所述加鋅管(1)向堆芯中加入鋅粉或弱酸鋅鹽或含有鋅元素的添加劑。4.根...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周濤，楊旭，方曉璐，李宇，霍啟軍，
申請(專利權(quán))人：華北電力大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11